Petróleo: características, estructura, tipos, obtención, usos
El petróleo es una sustancia de naturaleza predominantemente orgánica que se localiza en inmediaciones subterráneas, y cuyo nombre significa literalmente “aceite de piedra”, el cual viene del latín ‘petra’ que significa “piedra” o “roca”, y ‘oleum’ palabra latina que significa “aceite”.
Es por lo tanto una mezcla aceitosa, oscura, compuesta por varios grupos de moléculas orgánicas, dentro de las cuales sobresalen los hidrocarburos, siendo los más livianos los más cotizados por la industria química y de los combustibles.
El petróleo ya era utilizado desde hacía aproximadamente 6.000 años en Asiria y Babilonia, cuyos habitantes lo recogían en afloramiento de petróleo, bajo la forma de betún en la cercanía del Éufrates, utilizándose el betún para pegar ladrillos. Consistía por lo tanto de uno de sus tantos usos indirectos.
La primera destilación del petróleo se le atribuye al sabio persa Al-razi en el siglo IX, quien inventó un alambique que usaba para obtener queroseno. Más de mil año después, se descubriría que esta sustancia podía fraccionarse en muchos más destilados, cada uno con sus propias propiedades, composiciones y aplicaciones.
En 1859, Edwin Drake logró la perforación del primer pozo petrolero en Pensilvania, Estados Unidos, dando nacimiento a la industria petrolera. Desde entonces y hasta mediados del siglo XXI, se inició la búsqueda insaciable por el “oro negro”, para abastecer las necesidades energéticas de las naciones.
El petróleo ha servido como materia prima para la producción de muchos derivados, entre ellos la mayoría de los plásticos, usados en la elaboración de neveras, aviones, automóviles, etc. Sin embargo, el terrible impacto del plástico sobre los ecosistemas marinos ha impulsado la búsqueda por fuentes renovables y ecológicamente amigables para la síntesis de plásticos biodegradables.
Índice del artículo
- 1 Características del petróleo
- 2 Estructura química del petróleo
- 3 ¿Cómo se obtiene el petróleo?
- 4 Tipos de petróleo
- 5 Derivados del petróleo
- 6 Usos del petróleo
- 7 Referencias
El petróleo es un líquido de color variable, pudiendo ser negro o marrón oscuro. También puede tener una tonalidad broceada, color amarillento o verdusco, estando su coloración relacionada con su composición química.
Se encuentra bajo la superficie de la tierra o del fondo de lagos o mares, por lo que para ser extraído debe realizarse un procedimiento de perforación para su obtención.
El petróleo contiene centenares de componentes (hidrocarburos), los cuales se obtienen mediante la técnica de destilación fraccionada. Esta produce la separación de los hidrocarburos así como de otros componentes según la diferencia entre sus puntos de ebullición.
Los hidrocarburos que lo componen pueden ser líquidos, gaseosos o sólidos. Por ejemplo: los hidrocarburos de pocos carbonos, como el metano, el etano, el propano y el butano, son gaseosos. Mientras, el pentano y los hidrocarburos más pesados, pueden ser líquidos o sólidos grasosos.
El petróleo es un combustible fósil que se originó a partir de organismos muertos, tales como fitoplancton, zooplancton y algas que se depositaron en el fondo de los mares antiguos. Posteriormente, fueron recubiertas por sedimentos que formaron rocas sedimentarias.
Estas rocas estructuraron una cuenca geológica. Allí el material orgánico, sometido a temperaturas y presiones elevadas durante millones de años, además de sufrir degradaciones bacterianas, originó los hidrocarburos y otros millones de compuestos afines.
El petróleo tiene la siguiente composición química: carbono 83 a 85 %, hidrógeno 10 a 14 %, nitrógeno 0.1 a 2 %, oxígeno 0.05 a 1.5 % y azufre 0.05 a 6 %. Esta composición depende enormemente de las ubicaciones geográficas del petróleo, así como de su tipo y cantidades de metales pesados disueltos.
El petróleo es una mezcla de muchos compuestos orgánicos, cuya mayoría son hidrocarburos. Por lo tanto, se tratan de moléculas con esqueletos carbonados y enlazados a átomos de hidrógeno. Sin embargo, encontramos también heteroátomos de oxígeno, nitrógeno y azufre, integrando otros tipos de compuestos que enriquecen el petróleo.
Así, la estructura química de estas moléculas puede llegar a ser muy variadas. Por ejemplo: las parafinas e isoparafinas consisten de hidrocarburos saturados, mientras que las olefinas poseen un doble enlace. Asimismo tenemos naftenos, que son moléculas cíclicas pero saturadas, tales como el ciclohexano y la decalina.
Entre los compuestos de estructuras cíclicas se encuentran además los de tipos aromáticos: naftaleno, antraceno, benceno, tolueno, fenantreno, etc.
En el petróleo existen unas familias de macromoléculas polares llamadas resinas y asfaltenos, siendo estos últimos los responsables de las coloraciones oscuras y de las altas viscosidades. Igualmente, tenemos petroporfirinas, dentro de las cuales se encuentran atrapados muchos metales pesados.
Así pues, el petróleo presenta moléculas con estructuras pequeñas, cadenas lineales, ramificadas, insaturadas, anillos aromáticos, sistemas conjugados, e inclusive un conglomerado de anillos que se asemejan a archipiélagos carbonados.
Los yacimientos petrolíferos o cuencas geológicas del petróleo se encuentran en el subsuelo, por lo que la obtención del petróleo es un proceso difícil y costoso. Se puede subdividir la obtención del petróleo en dos fases: exploración y perforación-extracción.
La exploración es la realización de la investigación pertinente que permita la localización de los yacimientos petroleros. Esta investigación está basada en estudios geológicos, geofísicos, geoquímicos, sismográficos y de perforación exploratoria que indiquen la rentabilidad de la explotación de los yacimientos.
La exploración se realiza en tres etapas:
- Elaboración de los mapas geológicos, basándose en los estudios geológicos y con el apoyo de las fotografías satelitales.
- Identificación de las áreas de interés que presentan las condiciones adecuadas para la explotación petrolera.
- Realización de la perforación exploratoria que confirme la existencia de yacimientos petrolíferos explotables.
El equipo de perforación está formado por una torre de acero de aproximadamente 50 m de altura, cuya función es bajar y subir el instrumento de perforación.
El instrumento de perforación es un cuerpo metálico que termina en una broca o trepano. Dependiendo del terreno la broca tendrá dientes para romper las rocas, cuchillos para separar las rocas fragmentadas, y diamantes para perforar el terreno.
La broca puede perforar entre 35 y 600 cm por hora, a medida que gira impulsada por un motor. Durante la perforación se inyecta lodo de perforación, formado por agua, arcilla y productos químicos que buscan darle consistencia a la pared del pozo y refrescar la broca.
Conforme avanza la perforación, se van colocando tubos de 12 m, cada uno constituyendo la tubería de revestimiento del pozo, cuyo fin es evitar que las paredes de este se derrumben.
Al alcanzarse la cuenca geológica o yacimiento petrolero, el petróleo asciende impulsado por su presión hacia el exterior. Pero al caer la presión, es necesario colocar una bomba de extracción de profundidad: estas bombas son los balancines que identifican los campos petroleros.
Los tipos de petróleo han sido establecidos con base a criterios tales como su densidad, contenido de azufre, y composición. Asimismo, pueden clasificarse de acuerdo a su procedencia.
Se usa como término de referencia el API (American Petroleum Institute) para denominar la densidad del petróleo, estableciéndose esta con base a la densidad del agua tomada como referencia (1000 kg /m3).
Así tenemos para el petróleo o los crudos:
- Ligero: API > 31.1º (menor a 870 kg/m3).
- Medio: API entre 31.1º y 23.3 º (870 a 920 kg/m3).
- Pesado: API entre 23.3º y 10º (920 a 1000 kg/m3).
- Extra pesado: API 10º (> 1000 kg/m3).
La escala ha sido creada de manera tal, que los crudos livianos tienen valores altos de API, mientras que los crudos pesados tienen valores de API bajos.
Una de las impurezas más importantes del petróleo es el azufre, motivo por el cual los crudos se clasifican con base a su contenido de azufre en:
- Crudos dulces: 0.5 % de azufre.
- Crudos ácidos: más de 2 % de azufre.
El petróleo se puede clasificar de acuerdo a su composición en:
Petróleos de base parafínica
Hay predominio de los hidrocarburos saturados o parafínicos.
Petróleos de base asfáltica o nafténica
Predominan los hidrocarburos etilénicos y dietilénicos, cíclicos (nafténicos) y bencénicos o aromáticos.
Petróleos de base mixta
Entran en su composición cualquier tipo de hidrocarburos.
Entre otros crudos de referencia, tenemos los siguientes:
Brent
Procede de yacimientos del Mar del Norte, entre Noruega y la región inglesa de Escosia.
West Texas Intermediate (WTI)
Es el petróleo más liviano producido en Estados Unidos.
Cesta OPEP
Es una mezcla de los crudos producidos por la organización de países exportadores de petróleo. Este crudo es más pesado que los anteriores.
Tapis (Malasia)
Es un petróleo muy liviano.
La mayor parte de la destilación fraccionada está formada por los combustibles, los cuales representan el 86 % del total de los derivados del petróleo.
Los combustibles petroleros están presentes en el diesel y otros compuestos químicos relacionados, tales como combustibles para los aviones y los combustibles de aceite pesado.
Adicionalmente a los combustibles, el petróleo tiene otros derivados de importancia, entre ellos: el asfalto, alquitrán para techos, cera de parafina, lubricantes, cera microcristalina, betún refinado, el coque de petróleo y el azufre, un contaminante del petróleo.
Las refinerías petroleras aportan azufre, el cual es utilizado en la industria. Además, ellas producen detergentes, parafinas, disolventes y otros productos petroquímicos.
Estos últimos son compuestos químicos presentes en el petróleo y que son transferidos a la industria petroquímica para su procesamiento. Entre los productos petroquímicos se encuentran las olefinas.
Las olefinas incluyen el etileno, propileno y butadieno. A partir del etileno se produce etilenglicol, que sirve de base para obtención de fibras y resinas de poliéster, así como para la síntesis del alcohol etílico. Además de las olefinas, existen productos petroquímicos aromáticos.
La gasolina, algunas variantes del keroseno y el diesel se usan como combustibles en vehículos de transporte de pasajeros, alimentos, productos y equipos industriales, agua potable, etc. Además, gases como el propano, se utilizan en las viviendas e industrias en procesos de combustión.
La gasolina es el derivado del petróleo que se produce en mayor proporción, siendo una mezcla de hidrocarburos con un número de carbonos comprendidos entre 4 y 12. Es producida por destilación fraccionada en una gama de temperatura comprendida entre 40 y 200 ºC. Es el producto predilecto del petróleo, junto con el gasoil, el queroseno, los plásticos, y otros tantos.
Los plásticos son fabricados a partir de derivados del petróleo, por ejemplo, las olefinas. A ellas pertenecen varios compuestos químicos, entre ellos: el etileno, el propileno y el butadieno, los cuales conforman tres monómeros esenciales para la síntesis de polímeros tales como polietileno, polipropileno y polibutadieno, entre otros.
El etileno es la materia prima para la obtención de fibras y resinas de poliéster. El poliéster se utiliza en la elaboración de telas, en la fabricación de equipos y conductos resistentes a la corrosión.
Mientras, el dicloruro de etileno es usado para la síntesis de cloruro de vinilo. El cloruro de vinilo sirve de base para la fabricación del cloruro de polivinilo (PVC), plástico usado en revestimiento, tuberías para el agua potable y cañerías, etc.
El propileno es usado en la fabricación del plástico polipropileno, ampliamente usado en el empaquetamiento de alimentos y productos médicos.
El butadieno, en cambio, se utiliza en la fabricación de fibras de alfombra, revestimiento de papel y tuberías de plástico.
Los compuestos químicos aromáticos benceno, tolueno y xileno (BTX) son transformados en polímeros y plásticos. También el nylon, un termoplástico, se fabrica a partir de derivados del petróleo.
El petróleo sirve como fuente de aceites para maquinarias y motores de vehículos de transporte que actúan reduciendo la fricción entre los componentes mecánicos metálicos, aumentando así su duración. Mientras, la vaselina es un lubricante usado en el cuidado personal.
El asfalto forma un aglomerado utilizado en la pavimentación de avenidas y carreteras. La brea y el alquitrán forman un complejo que se utiliza en la impermeabilización de techos. El coque de petróleo se usa en la obtención de combustibles sólidos. La cera de parafina, por otro lado, es usada en la fabricación de velas y de colores de cera.
El petróleo ha servido para la obtención o fabricación de diluyentes de pinturas, como el thinner, solventes, alcohol etílico, aspirina, lápiz labial, pinturas, goma de mascar, pantimedias y leggings de nylon, paneles solares, delineadores de ojos, barnices, botellas plásticas, detergentes, insecticidas y fungicidas.
Asimismo ha permitido la producción de acrílicos, alcohol isopropílico, caucho sintético, jabones, fertilizantes, medicamentos, materiales para pisos, discos y cintas de grabación, betún refinado, etc.
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